湖滨带退化生态系统的恢复与重建

湖滨带是水陆生态交错带的一种类型,在湖泊流域生态系统中发挥着重要作用,具有较高的生态、社会和经济价值.湖滨带的功能包括:缓冲带功能、保持生物多样性及生境保护功能、护岸功能和经济美学价值.湖滨带退化的原因主要是人为因素引起的生物群落结构的逆向演替及生态功能下降,退化湖滨带生态恢复与重建的理论基础是恢复生态学,其生态恢复技术可划分为三大类:湖滨带生境恢复与重建技术、湖滨带生物恢复与重建技术、湖滨带生态系统结构与功能恢复技术.云南洱海湖滨带近3年的生态恢复与重建试验的生态调查结果表明,试验区水生植被得到恢复,水质净化作用明显,藻类得到抑制,浮游动物的构成和数量发生变化,湖滨带湿地生态系统的生物多样性和稳定性增加.     

湖滨带生态退化现状、原因分析及对策

湖滨带是湖泊的一道天然保护屏障,是健全的湖泊生态系统不可缺少的有机组成部分。总结了中国湖滨带存在的主要问题,包括高等水生植物衰减、水质富营养化、浮游藻类浓度增高、底栖动物耐污种类优势度增加、鱼类种群数量减少、陆地生物栖息地破坏等,并分析了退化原因,主要是人为因素的干扰,包括湖滨大规模的围湖造田、围网养殖的迅猛发展、水利工程的不合理修建、点面源的严重污染等,针对上述存在的现状和原因,提出了湖滨带生态修复的对策及建议。     

水生植物-微生物联合去除水体有机污染物的研究进展

近年来,随着经济的快速发展,大量有机化合物随着工业废水和生活污水排放进入水体,严重破坏了水环境的生态平衡,威胁着水生生物及人类健康。植物-微生物联合修复技术因具有修复效率高、持续时间长、投入成本低,而且不会产生二次污染等特点,在水体有机污染治理中受到了人们的广泛关注。本文综述了近年来水生植物-微生物联合去除水体有机污染物的应用现状,详细阐述了水生植物-微生物联合修复过程中的研究方法、作用机制及影响因素。以期不断完善和优化水生植物-微生物联合修复技术,为实现水环境有机物污染的统筹高效治理提供参考。     

大堤型湖滨带生态系统健康状态驱动因子——以太湖为例

湖滨带是湖泊生态系统的重要组成部分,对维持湖泊生态系统健康和改善水环境功能具有积极作用。由于防洪需要,我国许多湖泊在湖滨带中修建了防洪大堤,防洪大堤对湖滨带生态系统的影响还缺乏研究,识别引起大堤型湖滨带生态健康退化的驱动因子是开展湖滨带生态修复的必要前提。针对太湖湖滨带的特点,在定性筛选了太湖主体营养状态、入湖河流污染负荷通量、岸带类型、风浪强度4个主要影响因子的基础上,分别采用"多元线性逐步回归法"和"偏相关系数法"进行驱动因子识别,2种方法确定的驱动因子个数均为3个,且3者的驱动力大小排序也相同,即太湖主体营养状态>岸带类型>入湖河流污染负荷通量。3个驱动因子对太湖湖滨带生态系统健康的影响均为负效应,也即太湖主体的营养状态综合指数越高、入湖河流污染负荷通量越重、岸带状况越差,湖滨带生态系统也就越不健康。另外,从统计方法的角度解释了"风浪强度"没有入选为驱动因子的原因;澄清了现阶段环境学、生态学领域对"驱动因子"识别方法的误解及不足之处。研究结果为大堤型湖滨带的生态修复方案提供了理论支持。     

水生植物引种的生态安全评价

随着水生植物的大量应用,水域环境的生态安全越来越受到关注。水生植物入侵具有一定的生物学、区系地理、生态位和生境特征,对水生植物的生态安全评价可在一定程度上防止水生植物引种的盲目性。该文针对来自水生外来入侵植物的生态安全威胁,分析了水生外来入侵植物的入侵特征及其危害,提出了水生植物引种的生态安全评价的内容、程序、指标体系和方法。     

巢湖流域生态安全评价研究

目前,巢湖流域的生态安全问题非常突出,已严重影响流域社会经济的可持续发展。基于巢湖流域社会经济、水体环境质量及水生生态系统的数据资料,应用驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,提出了基于水环境和水生态的巢湖流域生态安全评价框架模型和指标体系,并采用熵权物元模糊评价法进行巢湖流域生态安全评价研究。研究结果表明,2003和2007年巢湖流域整体处于生态安全中度风险状态,水体环境质量的变化和水生生态系统的演替将严重威胁巢湖流域的生态安全,水体中的TP浓度、NH-N浓度以及TN浓度是决定巢湖流域生态安全的最关键因子。     

离岸消浪堰式湖滨带生态修复工程对水质的影响

离岸消浪堰式湖滨生态修复工程系采用离湖岸线一定距离的桩基消浪堰,在湖堤硬质化、湖滨植被带缺失的湖滨带实现控浪促淤,形成半封闭型的人工湖湾以恢复湖滨植被带的工程措施.修复工程形成了堰内挺水植物区、堰内沉水植物区和堰外开阔水体3个生境梯度带.本文以无锡市太湖贡湖湾离岸消浪堰式生态修复工程为研究对象,于2010年6月至2011年5月对工程区3个生境梯度带的水质状况进行了研究.结果表明:消浪堰内亚硝态氮与硝态氮总体上低于堰外,但铵态氮和总氮总体上高于堰外.秋冬季磷素指标堰内浓度低于堰外,但春夏季多高于堰外.堰内水体亚硝态氮和正磷酸盐浓度的变异系数减小,硝态氮、亚硝态氮和正磷酸盐的年最高浓度值低于堰外;但铵态氮和总氮的变异系数增加,且堰内铵态氮、总氮的年最高浓度值高于堰外.修复工程在生长季末期可在一定程度上加剧铵态氮、总氮等水质指标的恶化.     

武汉东湖水生植被及其恢复途径探讨

１９９２～１９９３年对武汉东湖三个主要湖区（郭郑湖、汤林湖和牛巢湖）水生植被的调查表明,该湖区共有水生植物３２种,优势种为大茨藻、狐尾藻、苦草和菱。金鱼藻呈不断扩大的趋势。植被类型可分为１１个群丛,植被面积约为０．６５ｋｍ￣２,总生物量为１２３６．３９ｔ（湿重）,植被带状分布仅见于汤林湖北部和其他部分湖汊。汤林湖和牛巢湖水生植被正处于自然恢复演替阶段。     

上海乡土水生植物资源及其在水生态恢复与水景观建设中的应用潜力

水生植物作为水生生态系统的主体, 对发挥水生生态系统的自维持、自循环功能有重要作用。研究通过相关资料的查阅, 建立上海地区乡土水生植物名录, 并对其科属组成、区系特征、生活型、生长型等进行统计分析。结果表明上海地区乡土水生植物共计35 科83 属160 种(含变种), 单属科、单种属的比例较高, 均达65%以上; 植物区系组成丰富、成分复杂, 以热带成分占优势, 达64.6%; 生活型以挺水植物为主, 沉水植物次之, 浮水植物最少; 生长型类型丰富, 以草本型、禾草型居多, 20 种生长型可进一步归为表征相似生态学特征和功能地位的6 个生长型组。在水生态恢复与水景观建设中, 仅有68.8%的景观水体有水生植物应用,且应用种类在2 种以下的占79.2%。乡土水生植物应用不足, 一半以上为观赏性强的外来物种, 应用频率较高的为挺水植物, 对具有良好净化效果的沉水植物重视不够。因此, 在水生态恢复与水景观建设中, 建议加强乡土水生植物资源的繁育栽培, 在充分利用乡土水生植物资源配置群落的基础上, 根据水质的富营养及基底状况, 通过不同生长型组水生植物的应用, 构建沉水-浮水-挺水植物群落复合体, 并通过近自然型护岸的营造, 形成水生-湿生复合生态系统。运用植被工程学的原理和方法, 采用生态浮岛、生态沉岛等技术营造水生植被, 将强人工化的水景观建成具生命的水生生态系统。       

水生植物在水生态健康中的环境负效应

水生植物作为水生态系统中的初级生产者,为水生态系统健康做出贡献的同时也带来了不容忽视的问题,如占据大量其它生物生存空间,水生植物的光合作用以及呼吸作用可以使得水体pH值升高或降低,非生长季节水生植物体早期的腐烂降解使得水体TP、TN、COD含量迅速上升以及DO下降,水生植物的促淤作用加速湖泊淤积与沼泽化进度等。本文通过探讨水生植物在水生态健康中起到的环境负效应,为湖泊水生植物管理提供相关建议与参考。     

武汉月湖水生植被重建的实践与启示

通过生物操纵、浮水植物和植物浮岛原位净化、岸边人工湿地净化和科学种植等措施,2－3年内,在长江中游地区、面积为0.66km2、水质为劣Ⅴ类的重富营养湖泊武汉月湖重建了以菹草和伊乐藻为优势种的沉水植物先锋群落,2005年春季的沉水植物盖度达到45％,提高了透明度。利用水位低、透明度相对高的冬季种植伊乐藻、菹草等适合冬春季生长的沉水植物是建立沉水植物先锋群落的一个有效途径。重污染水体过低的透明度是重建沉水植被的主要限制因子,在低水位或较高透明度时期,水生植物可以耐受相对较高的污染负荷,并且在有条件降低水位时,会大大提高重建沉水植被的成功率。重建并保持长期稳定的水生植被必须截污,并把营养盐浓度削减到一定范围内。水生植被重建初期是最脆弱的时期,水位、污染负荷等生态因子的较大波动很容易破坏植物群落,在这一时期要尽量保持关键因子的稳定,注意控制浮萍的扩张,使形成的生态系统逐步走向成熟。清除鱼类对提高水的透明度有重要作用,但必须伴随着水生植被的恢复或重建才能维持长久的良好效果。     

Hazards of living on the edge of water: The case of Minnesota Point,Duluth, Minnesota

Based on a systematic sample survey among the residents of Minnesota Point, a fresh-water spit/baymouth bar on the southwest shore of Lake Superior, this study tests a number of hypotheses related to the perceived causes of lake level fluctuation and shore property hazards. The study found that, despite significant differences in property setting and the nature of flood and erosion hazards between the lakeside and the bayside of the spit, the majority of the respondents perceived that their property hazards were induced primarily by the manipulation of lake levels by the International Joint Commission (IJC). Consequently, one in every two respondents would like to lower the lake level by amounts ranging from 30 cm to more than 1 m. The study points out the physical limitations of controlling water levels and recommends that greater attention should be given to shoreline management, which could proivde guidelines for protecting existing coastal structures and for developing minimum standards for future encroachment of the remaining unused sections of the shoreline.Formly of the Department of Geography, University of Minnesota, Duluth, Minnesota 55812.     

Floating mats: their occurrence and influence on shoreline distribution of emergent vegetation

1. A study was conducted on the northern shore of Lake Victoria (Uganda) to determine the factors controlling the occurrence of floating root mats and the influence of the floating mats on the distribution of emergent vegetation. 2. Environmental conditions within 78 bays in the study area were characterised using bay size, wave exposure, water depth, littoral slope, sediment characteristics and water level fluctuations. Emergent plants that form floating root mats occur along the shores of these bays. The way in which commonly occurring shoreline vegetation was distributed across a wave‐exposure gradient was compared with their distribution across a water level fluctuation gradient. 3. Results suggested that wind–wave action and water level fluctuations are important factors determining the occurrence of floating mats. Mat‐forming plants occur in the most sheltered locations along the shore and in waterbodies with modest water level fluctuations. 4. The ability to form mats facilitated the lakeward expansion of emergent plants. Plants forming floating root mats had a larger depth range than non‐mat forming plants. 5. The initiation mechanisms for the floating mats of emergent vegetation in Lake Victoria appear to be: (i) invasion of mats of free‐floating plants by emergent vegetation; and (ii) detachment of emergent plants from the lake bed following flooding. 6. The formation of floating mats comes with a cost and benefit to emergent plants. The cost is increased vulnerability to damage by water level fluctuations or wind–wave action, leading to reduced horizontal distribution. The benefit is that deep flooding is avoided, thus increasing vertical distribution. The net effect may be to lead to dominance of mat‐forming plants in low‐energy environments and non‐mat‐forming plants in high‐energy environments.     

1998年特大洪水后鄱阳湖自然保护区主要湖泊水生植被的恢复

鄱阳湖自然保护区的湖泊是相对独立于鄱阳湖主体湖的一个区域,是国际重要湿地。1998年的特大洪水导致湖泊中水生植物的地上部分大量毁灭。通过1999年和2001年的植被调查,并与历史资料比较,探讨了特大洪水干扰后的植被恢复动态。结果表明,1999年湖泊水生植物的种类和生物量均低于干扰前的水平;2001年物种种类已经恢复,苦草(Vallisneria spp．)和黑藻(Hydrialla verticillata)的生物量已超过干扰前的水平,但其它物种的生物量仍较低,尚处于恢复的初始阶段。据此推断,物种问恢复速度的差异主要与物种的无性繁殖方式有关。鄱阳湖自然保护区湖泊的植被恢复不同于温带和其它亚热带的湖泊,不经历轮藻(Chara spp．)作为先锋优势种的阶段,苦草和黑藻可以作为先锋种首先在湖泊中恢复。这可能与鄱阳湖作为通江湖泊其水位频繁波动、轮藻不易定居有关。研究显示,洪水导致的水生植物生物量下降和物种数目减少只是短期现象,湖泊水生植物能在几年内恢复到干扰前的水平。     

Dendrogeomorphological analysis of shore erosion along Bolsena lake (Central Italy)

Dendrogeomorphological research was conducted along a volcanic caldera lake of Bolsena in central Italy, Latium region, in order to investigate the erosion process that affects its coastline. Most of the trees sampled were black poplars (Populus nigra L.) with root systems differently exposed. The cores taken from trunks show growth stress (suppression) at different times according to the distance of the tree from the shoreline. Results of the morphological analysis of the root systems were used as a qualitative estimate of the erosion process developing an erosion map of the lake's shoreline. The dating of suppressions was used to calculate the main horizontal erosion rate at different shoreline sectors. The most intense erosion was recorded on the southern and northern shore, affected by the strongest and long-lasting winds (mean erosion rate at southern coast=0.092 m/year, northern coast=0.064 m/year, eastern coast=0.049 m/year, western coast=0.028 m/year). The age of the living trees along the shore points out that the erosion started at least in the 1970s (one of the highest lake level episode) and it is still in progress.     

沉积硅藻揭示的历史时期水生植被信息以梁子湖为例

水生植被是浅水湖泊生态系统最重要的生态特征之一, 了解其群落历史演化特征, 对生态退化湖泊的修复有着重要指导意义。研究选择长江中下游地区代表性草型湖泊梁子湖, 基于梁子湖沉积岩芯210Pb/137Cs测年、沉积硅藻序列和梁子湖长期水生植被监测记录, 探讨利用沉积硅藻记录来重建该湖历史时期水生植被演替特征的可行性。研究结果表明: 梁子湖沉积硅藻记录对历史时期水生植被的演替有较好的反映; 基于此, 对梁子湖过去近200年的水生植被覆盖度进行了重建; 与湖泊流域历史环境信息的对比分析表明洪水是影响该湖水生植被发育的一个重要因素。研究结果证实了在浅水湖泊中, 沉积硅藻可揭示历史水生植被的信息, 并为该湖的水生植被保护提供科学依据, 同时对该区富营养湖泊的生态修复有重要的指导价值。       

上海大莲湖湖滨带湿地的生态修复

采用改变土地利用模式、水系改造和植被配置等技术开展了上海青浦大莲湖湿地修复示范工程。本文从2008年8月到2010年3月跟踪调查了土地利用方式、鸟类群落、两栖爬行类、水质等多类指标来对示范工程进行评估。结果表明,实验区生态系统的生境结构和生物多样性组成都发生了明显的变化。实验区内土地利用由主要以人工养殖鱼塘和林地为主的人工湿地(人工鱼塘占50%,林地占25%),转变为以开放性水域和乔灌草相结合的半自然状态下的自然湿地(明水面面积占30%,各类植被群落占50%,人工鱼塘完全消失),植被从只有片段化林地转变为乔木、灌木丛、草本植物及各类水生植物相结合的格局;工程后鸟类种类和数量均高于工程前(新纪录到11种鸟类),鸟类多样性指数和均匀性指数也有明显增加,其中目标鸟类——雁鸭类新增6种,种类和数量都呈显著增加;两栖爬行类种类变化不大,共记录到6科12种,但整体数量比工程前增长了59.1%;水质指标的变化也很突出,与工程前人工鱼塘相比,实验区内水体中总氮(TN)、硝态氮(NO3-N)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、高锰酸钾指数(CODMn)等主要指标均有显著下降(P<0.05),水质改善显著。由此说明,修复工程改善了大莲湖湖滨带湿地的生态环境,生物多样性得到较好的恢复,呈现出良好的湿地修复效果。     

湖泊生态恢复的基本原理与实现

当前我国湖泊污染及富营养化问题非常严重。湖泊治理的一个有效途径就是恢复水生植物,通过草型湖泊生态系统的培植来达到控制富营养化和净化水质的目的。但是,迄今为止,只有在局部水域或滨岸地区获得成功,恢复的水生植物主要是挺水植物或漂浮植物。鲜有全湖性的水生植物恢复和生态修复成功的例子。原因是对湖泊生态系统退化及其修复的机理了解甚少。实际上,环境条件不同决定了生态系统类型的不同,只有通过环境条件的改变才能实现生态系统的转变。利用草型湖泊生态系统来净化水质,其实质是利用生态系统对环境条件的反馈机制。但是,这种反馈无法从根本上改变其环境条件,因此其作用是有限的,不宜过分夸大。以往许多湖泊生态修复的工作之所以鲜有成功的例子,原因就是过于注重水生植物种植本身,而忽视了水生植物生长所需的环境条件的分析和改善。实施以水生植物恢复为核心的生态修复需要一定的前提条件。就富营养化湖泊生态恢复而言,这些环境条件包括氮磷浓度不能太高,富含有机质的沉积物应该去除,风浪不能太大以免对水生植物造成机械损伤,水深不能太深以免影响水生植物光合作用,鱼类种群结构应以食肉性鱼为主等等。因此,在湖泊污染很重或者氮磷负荷很高的情况下,寻求以沉水植物为核心的湖泊生态恢复来改善水质是不切实际的。为此,提出湖泊治理应该遵循先控源截污、后生态恢复,即先改善基础环境,后实施生态恢复的战略路线。     

青菱湖和黄家湖水生植物多样性的比较分析

讨论了渔业利用对武汉市两个近郊湖泊的不同影响,养鱼历时１０ａ的黄家湖中水生植物种类数量锐减,鱼喜食的一些植物种类已灭绝。青菱湖渔业利用强度低,仅在东半部进行２ａ鱼类粗养试验,故水生植物生长受到较少影响,１９９４年停放鱼苗后,东半部水生植被得以恢复,许多乡土种重新在湖区中出现。对青菱湖与黄家湖水生植物区系组成、群落结构、物种丰富度与均匀度、群落分类与生物量及植被分布等进行了对比分析。青菱湖现有水生植